探討PLC控制系統(tǒng)在熱電廠中的應(yīng)用

摘 要 PLC控制系統(tǒng)具有：操作靈活、可以通用、可靠性高、抗干擾性好、編程方法簡單、功能強(qiáng)大、自動(dòng)化程度高等一系列優(yōu)點(diǎn)，在熱電廠的自動(dòng)化控制系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。

關(guān)鍵詞 PLC；熱電廠；自動(dòng)化控制

中圖分類號(hào) TP2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1673-9671-（2012）112-0192-01

由于熱電廠的工作環(huán)境惡劣，需要控制設(shè)備比較多，工作流程復(fù)雜，因此實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制是提高熱電廠工作效率的必要條件。這篇文章主要介紹了PLC在某熱電廠自動(dòng)化控制中的應(yīng)用。

1 PLC系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

1.1 對(duì)上下位機(jī)的配置問題

某熱電廠PLC的自動(dòng)化控制系統(tǒng)有600多個(gè)的I/O控制點(diǎn)。通過考慮了I/O數(shù)容量、機(jī)器掃描的速度、自診斷功能以及控制系統(tǒng)的價(jià)格等問題，西門子的TI545型號(hào)的PLC較為適合。因?yàn)榭刂泣c(diǎn)數(shù)很多，但是具有PLC模塊的主框架配置的I/O的模塊數(shù)量有限，所以增加了四個(gè)框架，每一個(gè)增加的框架有一個(gè)對(duì)遠(yuǎn)程底盤進(jìn)行控制的模塊，用于和Ti545進(jìn)行通訊。全部的框架帶有一個(gè)電源的模塊和輸入輸出端口的模塊。

系統(tǒng)還設(shè)置了5臺(tái)監(jiān)控站，使用研華586型的工控機(jī)，還設(shè)有一個(gè)工程師控制站。上下位機(jī)進(jìn)行串行通訊。PLC的整個(gè)系統(tǒng)的電源是UPS提供。

1.2 保證訊號(hào)的可靠性

1.2.1 訊號(hào)的聯(lián)接

現(xiàn)場(chǎng)傳來的4 mA～20 mA的電流信號(hào)要分別經(jīng)過儀表和PLC，這就是輸入的信號(hào)。在實(shí)際的應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)：一旦PLC或者儀表任何一個(gè)出現(xiàn)了故障，就會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)部分信號(hào)失靈的情況，這個(gè)時(shí)候要采用兩種方法進(jìn)行改進(jìn)。當(dāng)儀表系統(tǒng)收到電流信號(hào)以后能夠輸出電壓信號(hào)的，就要把這個(gè)電壓信號(hào)輸入到PLC；如果不能輸出電壓信號(hào)，可以用配電器把電流信號(hào)分成兩條線路分別輸入到儀表以及PLC中。根據(jù)實(shí)際的情況選擇一種即可。

1.2.2 訊號(hào)的隔離

現(xiàn)場(chǎng)來的4 mA～20 mA的電流信號(hào)當(dāng)經(jīng)過伺服放大器和手操作器的時(shí)候，這也是他們的輸入信號(hào)。這個(gè)電流信號(hào)會(huì)在手操器的內(nèi)部電阻上輸出一個(gè)電壓，以此作為PLC輸入信號(hào)。但在實(shí)際使用中發(fā)現(xiàn)，由于伺放的輸出端的內(nèi)部已經(jīng)接地，但是PLC的輸入端在負(fù)端的內(nèi)部應(yīng)經(jīng)進(jìn)行了接地，所以當(dāng)伺放和手操器以及PLC進(jìn)行互連的時(shí)候，手操器的內(nèi)部會(huì)出現(xiàn)電阻兩端被同時(shí)接地的現(xiàn)象，所以造成手操器和PLC的輸入信號(hào)失靈。這時(shí)也可采用兩種方法：進(jìn)行隔離輸出伺放，即使伺放的輸出端形成浮空；還可以在手操器和PLC中間加一個(gè)隔離器。

1.2.3 對(duì)PLC進(jìn)行故障的處理

由于儀表系統(tǒng)是采用手動(dòng)操作的，但是PLC是自動(dòng)控制系統(tǒng)，為了避免出現(xiàn)事故，在PLC的系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時(shí)候，要依據(jù)發(fā)生故障影響PLC系統(tǒng)的具體程度，劃分為：輕故障以及重故障，在屏幕上對(duì)輕故障進(jìn)行顯示，對(duì)操作人員進(jìn)行提示；出現(xiàn)嚴(yán)重故障時(shí)，進(jìn)行儀表系統(tǒng)的自動(dòng)切換，并發(fā)出聲光報(bào)警，對(duì)操作人員進(jìn)行提醒。只要PLC的重故障沒有被排除，PLC的系統(tǒng)要保持脫機(jī)的狀態(tài)，不能將操作系統(tǒng)進(jìn)行切換。這些故障的處理是利用PLC的自行診斷和梯形的編程功能實(shí)現(xiàn)的。

2 設(shè)備的實(shí)時(shí)控制軟件介紹

PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)用的是自身配置的Tisoft軟件進(jìn)行編程，它具有一套梯形的邏輯指令集合，這一切都使系統(tǒng)的邏輯控制功能的運(yùn)行非常的方便，例如自診斷和故障的處理。這套軟件還包括：控制功能模塊和函數(shù)功能模塊，因此進(jìn)行簡單的控制時(shí)，可以直接使用功能模塊進(jìn)行控制，復(fù)雜的控制可以編寫SF程序。這里介紹汽水的控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

汽水的控制系統(tǒng)由對(duì)汽包進(jìn)行水位控制和對(duì)主汽進(jìn)行控制兩個(gè)回路。它的組成部分是：給水泵，V1、V2、V3、V4四個(gè)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，進(jìn)行維修主路的時(shí)候使用旁路，因此形成了給水的兩條支路：主路和旁路。其中一條直接進(jìn)入集水箱，另一條在通過表面的減溫器以后進(jìn)入集水箱，最后集水箱的水進(jìn)入汽包。飽和蒸汽從汽包出來以后通過低溫的過熱器，對(duì)表面的減溫器進(jìn)行減溫，隨后出來的蒸汽通過高溫的過熱器以后進(jìn)入汽輪機(jī)。

這個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制難度有：

1）主汽的溫度會(huì)因?yàn)闇p溫水的流量不足引起超溫。

2）對(duì)汽包的水位進(jìn)行控制和對(duì)主汽溫度進(jìn)行控制的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)耦合的現(xiàn)象。

3）主汽的溫度會(huì)因?yàn)樗惋L(fēng)量和給煤量出現(xiàn)變化引起波動(dòng)。

采取的應(yīng)對(duì)辦法：

2.1 用V4對(duì)汽包水位進(jìn)行控制

系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行過程中，特別是高負(fù)荷的情況，讓V3全開也不能保證減溫的水流量，因此主汽溫度會(huì)出現(xiàn)超溫。所以要把V1全部開啟，使用V4對(duì)給水的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)，對(duì)水位進(jìn)行控制。

2.2 提高對(duì)主汽溫度以及汽包水位控制的協(xié)調(diào)性

由于V4對(duì)汽包的水位進(jìn)行控制，所以汽包的水位和主汽對(duì)溫度之間控制的耦合會(huì)變強(qiáng)，為此使用單向的解耦進(jìn)行控制，就是在調(diào)節(jié)V3的時(shí)候，對(duì)V4的也進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，控制好總的水量。

利用V4對(duì)汽包的水位進(jìn)行控制，可以起到對(duì)減溫水量的緩解，但是出現(xiàn)燃燒不足的時(shí)候，仍然會(huì)出現(xiàn)主汽的溫度超溫。所以為了控制汽包水位在允許范圍內(nèi)波動(dòng)，盡量的關(guān)小V4。

2.3 對(duì)主汽溫度調(diào)節(jié)使用變微分的方法

由于主汽的溫度會(huì)受到送風(fēng)量和給煤量變化的影響，所以要達(dá)到超前控制的目的，在控制計(jì)算的時(shí)候，對(duì)減溫器產(chǎn)生的蒸汽溫度使用微分計(jì)算，這樣的做法是為了控制好擾動(dòng)對(duì)主汽溫度的影響，使其控制在一個(gè)規(guī)定的設(shè)定值范圍內(nèi)，但是當(dāng)主汽的溫度偏離這個(gè)范圍較大的時(shí)候，由于微分的作用，主汽溫度不能回歸到規(guī)定值的范圍，因此對(duì)其進(jìn)行變微分的控制。這就是設(shè)置好主汽的溫度，利用強(qiáng)微分控制外界的影響，控制好主汽溫度不能偏離設(shè)定范圍。

3 系統(tǒng)的監(jiān)控軟件

對(duì)系統(tǒng)的監(jiān)控使用FIX進(jìn)行編程，報(bào)警的顯示以監(jiān)控系統(tǒng)用圖形的方式對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行動(dòng)態(tài)的模擬，并將過程中的狀態(tài)和參數(shù)進(jìn)行顯示。具體內(nèi)容：

1）對(duì)實(shí)時(shí)過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行流程圖顯示，是監(jiān)控系統(tǒng)的主要顯示界面。

2）控制回路的運(yùn)行及控制參數(shù)的修改用回路圖的形式顯示。

3）監(jiān)控的所有畫面都能顯示報(bào)警狀況，并對(duì)發(fā)生過的報(bào)警進(jìn)行記錄。

4）對(duì)設(shè)置的參數(shù)的歷史數(shù)據(jù)可以保留199天。

5）可以對(duì)歷史的趨勢(shì)以及報(bào)表和畫面進(jìn)行打印。

4 PLC系統(tǒng)的發(fā)展

現(xiàn)在的熱電廠PLC自動(dòng)控制系統(tǒng)還面臨穩(wěn)定性差等問題，隨著不斷對(duì)PLC系統(tǒng)的開發(fā)，PLC系統(tǒng)在工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化中的應(yīng)用會(huì)更加的便捷、可靠、穩(wěn)定和安全。隨著微處理器的研發(fā)，PLC系統(tǒng)會(huì)變得更加小型化，使用更加人性化；PLC的編程會(huì)更加的方便，編程的語言也會(huì)變得多樣化；適應(yīng)不同控制功能的模塊會(huì)不斷的被開發(fā)出來，整體的提升PLC的工作效率；PLC的運(yùn)行速度會(huì)越變?cè)娇?，處理大型的工業(yè)流程故障率會(huì)大大降低；隨著PLC存儲(chǔ)設(shè)備的容量不斷的增加，PLC系統(tǒng)的價(jià)格以及使用安全性會(huì)大幅度的提高。PLC系統(tǒng)必將推動(dòng)工業(yè)自動(dòng)化向更先進(jìn)的方向發(fā)展。

5 結(jié)束語

PLC系統(tǒng)可以很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)熱電廠生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化控制，減輕了工作人員的工作量，提高了電廠的生產(chǎn)效率，保證了熱電廠生產(chǎn)過程的安全性，減少了事故的發(fā)生，是熱電廠自動(dòng)化得到推廣的有力工具。

參考文獻(xiàn)

[1]張研成.PLC在熱電廠化學(xué)水處理系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[A].第四屆十三省區(qū)市機(jī)械工程學(xué)會(huì)科技論壇暨2008海南機(jī)械科技論壇論文集[C].2008.

[2]婁建樓，張金果，孫和茹.基于PLC與組態(tài)軟件的熱電廠循環(huán)水控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)（專業(yè)版），2009，12.

[3]李昌鳳，賈官臣.基于PLC的熱電廠水循環(huán)汽輪機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，06.